Podpovrchová voda

Podpovrchová voda je voda vyskytující se v zemské kůře ve všech skupenstvích v přímém kontaktu s horninovým prostředím. Jinými slovy jde o vodu pod zemským povrchem a společné označení pro vodu půdní a podzemní.

Půdní voda se nachází v půdě v pásmu provzdušnění (aerace) – tedy v pásmu, v němž se spolu s vodou vyskytuje i vzduch. Podzemní voda je pak naopak v pásmu nasycení (saturace) v němž jsou všechny dutiny a póry zaplněny vodou. Tyto dvě pásma pak odděluje tzv. hladina podzemní vody (zkráceně HPV).

Zdroje vzniku a doplňování půdních vod

V prvém případě je zdrojem voda obsažená v atmosféře. V takovém případě mluvíme o vadózní vodě. Ta do dutin a pórů půdy vstupuje buď jako ochlazená a kondenzovaná vodní pára ze vzduchu (kondenzační voda), či se do půdy dostává vsakováním srážek a vody tekoucí po povrchu (infiltrační voda).

V druhém případě je zdrojem vody kondenzace vystupující vodní pár, která vzniká sloučením molekul vodíku a kyslíku hluboko v zemské kůře. Pak mluvíme o juvenilní vodě.

Vlastnosti horninového prostředí

První vlastností horninového prostředí je propustnost, ta se vztahuje na schopnost horniny propouštět kapaliny, jako například vodu či například ropu, přes póry, pukliny a jiné dutiny přítomné v hornině. Rozlišujeme:

  • mezizrnovou (charakteristická pro pórovité sedimenty a sedimentární horniny obecně),
  • puklinovou (horniny s přítomností puklin a trhlinek, obyčejně bez volných mezizrnových prostor – většina magmatických a metamorfovaných hornin),
  • dutinovou či krasovou propustnost (nejčastěji v lehko propustných horninách, především vápencích, v kterých chemickým rozpouštěním často vznikají i rozsáhlejší podzemní dutiny).

Pórovitost je procentuální podíl objemu horniny či sedimentu, který je nevyplněný (volný) a obsahuje póry. Vyjadřuje míru schopnosti horniny udržet v těchto otevřených prostorech podzemní vodu. Například u jílů bývá pórovitost vysoká (mezi 35 a 80 %), zatímco nejnižší bývá u krystalických hornin (0 až 10 %).

Průtočnost je vyjádřena součinem koeficientu propustnosti a tloušťkou dané zvodnělé vrstvy. Posuzuje tak defacto vlastnost celé zkoumané zvodnělé vrstvy propouštět vodu.

Pojem vodní kapacita vyjadřuje schopnost prostředí přijmout a udržet určité množství vody, pokud mluvíme o plné vodní kapacitě, znamená to, že všechny volné prostory v prostředí jsou zaplněny vodou. Množství vody, které je prostředí schopné udržet po předcházejícím nasycení označujeme jako retenční vodní kapacita.

Půdní voda

Půdní voda (pásmo aerace) se vyskytuje ve všech 3 skupenstvích; z hlediska trvání rozlišujeme trvalé a přechodné druhy půdní vody.

Trvalé druhy půdní vody

  • Vodní pára zaplňuje pukliny a póry, vzniká vypařováním tekuté vody v půdě při zvýšení teploty.
  • Adsorpční (adhezní) voda tvoří na povrchu zrn či puklin nesouvislé nebo souvislé vrstvičky vody s tloušťkou 5–15 mm. K zrnům, resp. stěnám puklin, je připoutána fyzikálními silami – adsorpčními. Tvoří se z vodní páry, ale i z infiltrující vody.
  • Kapilární voda zaplňuje póry (kapiláry – dlouhé, úzké) s tloušťkou maximálně 1 mm či pukliny s průměrem 0,25 mm. Je typická pro jemnozrnné materiály a vyskytuje se v bezprostřední blízkosti hladiny podzemní vody (HPV) – tj. pásmo kapilárního zdvihu (vzlínání). V případě, že vyplňuje prostory nad HPV, mluvíme o podepřené kapilární vodě, pokud HPV však poklesne, může vznikat zavěšená kapilární voda.

Přechodné druhy podzemní vody

  • Vsakující voda proniká z povrchu půdy hlouběji vlivem gravitačních sil, a to puklinami, póry, volnými prostorami po kořenech rostlin, chodbami živočichů atd. Po dosažení HPV doplňuje vodu kapilární.
  • Půdní led vzniká při teplotách pod 0 °C. Nejprve se tvoří jako jinovatka půdního vzduchu, drobné ledové krystalky však mohou narůstat ochlazováním a přimrzáním vystupující kapilární či adsorpční vody.

Podzemní voda

Výskyt podzemní vody (pásmo saturace) je podmíněn existencí takové horniny, která má schopnost vodu přijmout, ale taktéž i odevzdávat. Musí obsahovat póry a pukliny, které jsou větší než kapiláry. Pohyb podzemní vody je vyvolán výhradně gravitační silou, přenáší hydrostatický tlak, a tak přirozeně proniká do větších hloubek. Ve vertikálním směru rozlišujeme 3 pásma podzemní vody:

  • vrchní pásmo (nejintenzivnější kontakt povrchové a podzemní hydrosféry, voda převážně sladká a slabě mineralizovaná; tzv. prosté vody sladké, slabomineralizované),
  • střední pásmo (zpomalená výměna – větší mineralizace při pobytu v horninovém prostředí s vyšší teplotou; tzv. termální vody sírnaté, horké vody),
  • spodní pásmo (velmi zpomalená výměna vod, která podmiňuje silnou mineralizaci; často se v něm vyskytují slané a hypertermální vody, typicky zápach).

Z pohledu podmínek zvodněné vrstvy rozlišujeme podzemní vodu s volnou hladinou. V takovém případě nadložní vrstva bezprostředně netlačí na hladinu podzemní vody a ta tak může kolísat při normálním tlaku. Příkladem jsou zanořené potoky v Moravském krasu (Punkva, Jedovnický potok).

Dále rozlišujeme podzemní vodu s napjatou hladinou, tj. artézskou vodu. Nadložní vrstva díky prohnutí tlačí na HPV a hladina je tak pod tlakem. Po narušení této vrstvy okamžité dochází k výstupu podzemní vody nad úroveň HPV. Pokud vystoupí až na zemský povrch, mluvíme o pozitivní výstupní výšce (využití pro tzv. artézské studně), pokud ne, jde o negativní výstupní výšku.

Specifický výskyt hladiny podzemní vody (HPV), která vystupuje až na povrch, je pak například v pouštních oázách. Infiltrační oblast je často vzdálená desítky až stovky kilometrů od takového místa. Základní podmínkou pro vznik takové oázy v poušti je existence poruchy v nadložní vrstvě, která HPV vytlačí k povrchu.

Úroveň hladiny podzemní vody

Při sledování HPV sledujeme především její úroveň, a to buď absolutně nadmořskou výškou, či relativně její hloubkou pod povrchem a měříme ji tzv. piezometrem. Tuto úroveň často vyjadřujeme na mapách formou různých izočar:

  • hydroizohypsa = spojuje stejnou úroveň hladiny podzemní vody dle nadmořské výšky
  • hydroizobata = spojuje stejnou úroveň hladiny podzemní vody dle hloubky pod povrchem
  • hydroizopieza = spojuje stejnou úroveň piezometrické hladiny podzemní vody dle nadmořské výšky (výška, kam by podzemní voda s napjatou hladinou pod tlakem vystoupala, kdyby ji v tom nebránilo nadloží)